当前位置:首页 > 业界动态 > 空间激光 > 正文

先进地形激光测高计系统研发经验

发布时间: 2017-09-10 10:23:11   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  美国航空航天局(NASA)的戈达德空间飞行中心(GSFC)的Matt Garrison等人在2016 Thermal and Fluids Analysis Workshop (TFAWS)会议上报道了先进地形激光测高计系统(ATLAS)研发经验,摘译如下: 

  ICESAT-2主要载荷ATLAS是6波束的测高仪,轨道高度500km,具备主动视轴校准功能,主要的热控目标是在室温下稳定运行。ATLAS的研制计划是:2010~2016年在NASA戈达德中心(GSFC)设计、制造、测试,2016~2017年在Orbital-ATK公司集成到宇宙飞船,2017年在Vandenberg发射。目前,NASA对ATLAS在设计、调试、测试、分析过程中的经验教训进行了总结。 

  1、设计经验

  ·    ATLAS的发射与接收视轴对准指标为6μrad(即在高度500km时3m)。在CDR(初步设计评审)和PDR(关键设计评审)期间,光学设计团队努力在0℃~30℃时满足该标要求,却引起成本超支和进度延时。最后,通过额外的质量和功率为光学系统营造热辐射环境,减小光学系统的温度范围至15℃~30℃,从而满足了收发光轴对准要求。 

  经验:光学稳定度建立在热稳定度的基础之上。 

  ·    ATLAS的一个散热器与主结构缝隙很小,主结构上需要安装加热片,而在CAD模型中没有给出加热器与其相关线缆,导致直到安装散热器时才发现加热片引线引起干涉,不得不重新返工。 

  经验:因为空间余量很小,在CAD模型中应当包括热控组件(包括线缆)。 

  ·    ATLAS的温度调节光学滤波器(标准具),温控要求严格(~45℃,精度+/-0.3℃)。当标准具的温度不满足要求时,激光无法到达探测器。因此标准具绝热处理,由于标准具热容大,标准具两面都安装有加热片,即便如此,在地面环境中仍然需要大于3小时的预热与稳定。 

  经验:当组件因基本性能而需要温控时,热控设计时确保在地面环境与飞行环境均能满足要求。 

  ·    功率分布单元的PDR设计仅为12个发热器件中4个提供了遥测,以测试它们的功耗。导致后期需要增加电流和电压传感器测试其他元件的功耗,这样的测试导体定义伪遥测点,计算功耗需要再次审查。 

  经验:PDR之前,电子学系统确保有足够的遥测,计算所有热平衡模型相关联的元器件的功耗。 

  ·    由于要求MLI外层为电耗散,从而弃用Kapton材料,而选用Stamet材料。Stamet更昂贵、退化更快、更易碎。 

  经验:如果项目早期有不使用Stamet的论据,Kapton可能会继续使用。 

  ·    在ATLAS运行时,镜头要求温度控制在±0.5℃。在轨期间,镜头所处环境温度范围变化大,需随季节性发展在不同位置定点设定加热器。 

  经验:采用可以软件控制的加热器。 

  2、分析经验

  ·    供方的结构分析报告显示散热设计可以满足负载要求。研究证明,供方模型运用错误的杨氏模量。重新建模后证明该设计不能满足环境要求,最终进行了重新设计。 

  经验:不能通过模型报告验证模型。 

  ·    一些小器件上运用超过80种符号,地面检验设备(GSE)仿真分析中出现多层CAD网格,导致设计师需要做很多重复性工作。 

  经验:模型应该提供清晰的类型引导。 

  ·    子系统产品集成到ATLAS时,设计师对每个子系统进行热模型验证,包括确保物理模型正确(合理的偏差范围内)和确保功率值正确。设备在综合性能测试中重新验证热量负载。 

  经验:这种方式降低低可靠性模型的概率。 

  3、硬件经验

  ·    防止原子氧腐蚀并且抑制杂散光,要求增加多层的厚度,导致多层硬度增加,而表面导电要求采用导电胶(粘度低于标准的Y966),二者易使棱角处卷起。后来采用环氧胶粘接或者采用自制多层替换。 

  经验:当必须使用非常规的胶带设计时,在飞行安装前进行物理仿制与模拟。 

  ·    QA规范规定Kapton薄膜加热器要使用高强铅片。高强铅片硬度大,需要精细成形,否则会给予加热器负荷。加热器与铅片之间产生移动缝隙,需修复。 

  经验:尽量避免使用高强度、大硬度的线缆。 

  ·    ATLAS的温度循环试验中(-20℃~65℃)中,钛合金结构处有28个恒温调节器。经过循环,有2个恒温器与结构分离,开展材料技术研究后,将损坏的恒温器修复,并加固了剩下的恒温器。 

  经验:PDR期间,需要与材料团队共同验证非常规接合部位的接合技术。 

  ·    热控组曾经提出地面制冷系统,将水泵到激光器对其制冷,但测试和装配后发现换热器和运输线间出现了小漏缝。通过咨询戈达德中心,很快发现是铁模配件和换热器铝管不匹配的问题。 

  经验:如果涉及到不是自己专业领域的部分,向其他从事类似工作的团队寻求帮助,共同解决问题。 

  4、测试经验

  ·    ATLAS环路热管(LHP)工作在回流模式(散热器置于脱水器上)。热真空试验中,重力和贮水池上的加热控制电源引起了水流振荡,热量直接从贮水池进入散热器。 

  经验:设计环路热管时,需考虑到重力影响。 

  

  图11  LHP工作过程示意图

  ·    光机模型显示ATLAS准直结构在飞船上对抖动很敏感,通过在热真空室的地板上放置加速计,以测试结果作为输入进行仿真,发现机械噪声对准直结构有影响。为此研发了抖动隔离系统用于热真空测试。 

  经验:如果对飞船上抖动敏感,在热真空室也很可能对抖动敏感。 

  ·    ATLAS对准要求严格(500km轨道时3m),热真空环境中需要测试光轴对准度,则GSE需具备更稳定的光学设计和热稳定设计。 

  经验:如果热真空测试中对GSE有精度要求,需考虑其热控设计和要求。 

  5、总结

  ATLAS在戈达德中心通过所有环境测试,已做好准备集成到飞船上。若有ICESat-3,将不会重蹈覆辙,出现上述的错误。 

  编译自: https://tfaws.nasa.gov/files/TFAWS2016-I-04.pdf 

我来说两句
您尚未登录,请登录后发布评论! 【马上登录
评论列表
已有 0 条评论(查看更多评论)
友情链接
 
电话:021-69918000 传真:021-69918800 Processed in 0.040 second(s)
360网站安全检测平台 Powered by SIOM Copyright © 2014 www.siom.ac.cn, All Rights Reserved pv总量 访客数总量